電磁開閉器

本発明は電磁開閉器に関する。

電磁開閉器とは、電路の電源を開閉するために用いられる装置であって、産業用、家庭用、自動車用など広範囲に活用されており、特に自動車用電磁開閉器の場合、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカートなどの自動車において蓄電池からの直流電力を供給又は遮断するために用いられる。

一般に、このような電磁開閉器においては、固定接触子と可動接触子との接触により通電が行われ、特に高電圧の直流電力を遮断するときに発生するアークを制御するために永久磁石を用いる。より具体的には、永久磁石をアークが発生する固定接触子と可動接触子との近傍に適切に配置し、永久磁石から発生する磁束の強度、方向及び電流方向、アークの伸長長さによって決まる力を利用してアークを制御し、冷却して消弧する遮断メカニズムを用いる。このときに発生したアークにより消弧部及び駆動電磁石装置が焼損することがあるので、電磁開閉器の動作信頼性を向上させるためには、アークを消弧すると共に、発生したアークから電磁開閉器を保護する必要がある。本発明は、高電圧直流開閉器の動作信頼性を向上させるためのものであり、樹脂製の保護装置を用いて上記要求を満たす。

図6は従来技術による電磁開閉器の斜視図であり、図7は従来技術による電磁開閉器の断面図である。

図7を参照すると、従来技術による電磁開閉器100は、接点を有して移動可能な可動部140と、アーク消弧のための消弧ガス充填空間を密閉するガス密閉部と、可動部140の駆動のための駆動力を供給する磁気駆動部とを含む。ここで、可動部140は、シャフト141と、シャフト141の下部に接続されて前記磁気駆動部からの磁気吸引力によりシャフト141と共に直線移動可能なシリンダ状の可動コア145と、シャフト141の上端部に接続されて電気的接点部を形成する可動接触子150とを含む。可動コア145に対向する位置にはシャフト141を囲むように固定コア143が設けられ、固定コア143、可動コア145及び第2バリア118などは磁束の移動経路を形成する。

前記ガス密閉部は、電磁開閉器100の消弧ガスを密閉して貯蔵する消弧ガス室を形成するように可動部140の上部周囲に設けられる。前記ガス密閉部は、管状の絶縁部材と、前記絶縁部材を貫通して前記絶縁部材の内外に延びるように設けられて前記絶縁部材に気密に結合される一対の固定電極121と、前記絶縁部材と第2バリア118との間を気密に密閉するように段差が形成される管状の気密部材と、可動コア145及び固定コア143を囲んで密閉するように設けられる非磁性体で形成されるシリンダ160とを含む。ここで、一対の固定電極121には、直流電源側と負荷側とがそれぞれ電気的に(例えば、電線を介して)接続される。

前記磁気駆動部は、磁気吸引力を発生させて可動コア145と可動接触子150とを駆動することにより電磁開閉器100を開閉駆動する。前記磁気駆動部は、励磁コイル133と、前述した第2バリア118とを含む。ここで、励磁コイル133は、電磁開閉器100の下部に設けられる駆動コイルであって、電磁開閉器100において、磁気吸引力を発生して接点開閉のための可動部140に駆動力を供給する。励磁コイル133は、電流が供給されると励磁され、電流供給が遮断されると消磁される。第2バリア118は、励磁コイル133の上方に設けられ、励磁コイル133の励磁時に可動コア145及び固定コア143と共に磁束の移動経路の一部を形成する。また、下部ヨーク(図示せず)も、励磁コイル133の励磁時に第2バリア118、可動コア145及び固定コア143と共に磁束の移動経路を形成する。

ボビン131は、その周囲に励磁コイル133を巻回して励磁コイル133を支持し、リターンスプリング183は、励磁コイル133が消磁されると可動コア145が元の位置(すなわち、固定コア143から離隔した位置)に復帰するように付勢する。図7において、コンタクトスプリング181は、可動接触子150が固定電極121に接触する電磁開閉器100のオン位置で接点の接触圧力を保持するためのスプリングである。図6において、ハウジング110は、従来技術により電磁開閉器100を収容する。

以下、上記のように構成される従来技術による電磁開閉器の動作について簡単に説明する。電流供給により励磁コイル133が磁化されると、励磁コイル133から発生する磁束は、可動コア145、固定コア143、第2バリア118及び下部ヨークにより形成される磁束の移動経路を移動して磁束の閉回路を形成する。このとき、可動コア145が直線移動して固定コア143に接触し、それと同時に、可動コア145と共に直線移動するように接続されたシャフト141が上方に移動する。すると、シャフト141の上端部に設けられた可動接触子150が固定電極121に接触し、それにより、直流電源側と負荷側とが接続されて直流電力が供給されるオン状態となる。

一方、電流供給の遮断により励磁コイル133が消磁されると、リターンスプリング183により可動コア145が固定コア143から離隔して元の位置に復帰し、それと同時に、可動コア145と共に直線移動するように接続されたシャフト141が下方に移動する。すると、シャフト141の上端部に設けられた可動接触子150が固定電極121から分離し、それにより、直流電源側と負荷側とが分離して直流電力の供給が遮断されるオフ状態となる。

コイルターミナルを介して電流が供給されると、コイルアセンブリから磁力が発生し、可動コア145が固定コア143の方向に移動してシャフト141を押し上げる。電磁開閉器100の通電性能は、電磁開閉器100のオン時のリターンスプリング183及びコンタクトスプリング181の付勢力により決定される。一般的にコンタクトスプリング181のほうがリターンスプリング183よりばね定数が非常に大きいので、電磁開閉器100の通電性能はコンタクトスプリング181の最大付勢力に左右されるといえる。また、スプリングの付勢力は、最大圧縮距離に比例し、固定コア143と可動コア145との距離及び固定接触子120と可動接触子150との距離により決定される。

一般的に電磁開閉器100の電流容量による通電性能はコンタクトスプリング181の最大付勢力により決定される。従来技術による電磁開閉器100の場合、スプリングの最大付勢力がスプリングの圧縮距離に比例するので、従来のように制限された空間でスプリングの付勢力を向上させるには限界があった。

本発明は、可動コアの形状を変更した新しい構造を提供することにより、電磁開閉器の通電性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態による電磁開閉器は、ハウジングと、前記ハウジングの内側に結合されるシリンダと、前記ハウジングに結合される固定接触子と、前記ハウジングの内部に移動可能に配置され、前記固定接触子に接離する可動接触子と、前記ハウジングの内部に設けられ、電流供給により磁場を形成するコイルアセンブリと、上側が前記可動接触子と結合される可動シャフトと、前記シリンダの内側に挿入され、前記可動シャフトを囲む固定コアと、前記可動シャフトに固定され、前記コイルアセンブリに形成された磁場により前記可動シャフトを加圧して移動させる可動コアとを含み、前記可動コアは、前記可動シャフトの方向に延びて前記可動シャフトに固定される突出部と、前記シリンダの内周面に接して移動する本体部とを含み、前記固定コアは、前記突出部を収容できる収容部を含むことを特徴とする。

前記突出部と前記本体部とは、別体に形成されることを特徴とする。

前記電磁開閉器は、前記可動接触子が前記固定接触子に接触する方向に移動するように前記可動シャフトを付勢するコンタクトスプリングと、前記可動接触子が前記固定接触子から離隔する方向に移動するように前記可動シャフトを付勢するリターンスプリングとをさらに含むことを特徴とする。

前記突出部は、前記可動シャフトの下端を加圧し、前記可動シャフトは、前記突出部により加圧され、前記固定コアによりガイドされて移動することを特徴とする。

前記突出部は、外面が前記収容部の内面に接してガイドされて移動することを特徴とする。

前記収容部は、前記突出部の高さより深く形成され、前記収容部内に前記突起部を収容できることを特徴とする。

前記コイルアセンブリに電流が供給されて前記本体部と前記突出部が共に前記可動シャフトを加圧しながら移動した後、前記突出部は、前記本体部から所定距離だけ離隔し、前記可動シャフトをさらに加圧して前記収容部内で移動することを特徴とする。

本発明の一実施形態による電磁開閉器においては、可動コアが突出部を含み、固定コアが収容部を含み、可動コアの突出部が固定コアの収容部内で可動シャフトを加圧しながら移動することにより、コンタクトスプリングの最大圧縮距離が長くなり、電磁開閉器の通電性能が向上するという効果がある。

本発明の一実施形態による電磁開閉器の断面図である。

図1に示す可動部の変形例の断面図である。

図1に示す可動部の断面図である。

図1に示す可動部の断面図である。

図1に示す可動部の分解斜視図である。

従来技術による電磁開閉器の斜視図である。

従来技術による電磁開閉器の断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態による電磁開閉器について詳細に説明する。ただし、従来技術による電磁開閉器に類似した部分については、本発明の特徴の説明に必要な範囲内で簡単に説明する。

図1は本発明の一実施形態による電磁開閉器の断面図であり、図3及び図4は図1に示す可動部の断面図であり、図5は図1に示す可動部の分解斜視図である。また、図2は図1に示す可動部の変形例の断面図である。

同図を参照すると、ハウジング210の内部には可動シャフト241が移動可能に配置され、可動シャフト241の上側には可動接触子250が結合されている。この結合により、可動コア245−1、245−2が可動シャフト241を加圧しながら移動すると、可動シャフト241と可動接触子250が共に移動し、可動接触子250が固定接触子220に接触する。

可動コア245−1、245−2はシリンダ260の内側に配置されるが、電流供給によりコイルアセンブリ230から発生する磁力は可動コア245−1、245−2に伝達される。可動コア245−1、245−2は、磁力を受けて可動シャフト241を加圧して移動させる。

可動コア245−1、245−2は、突出部246a、246bと本体部245a、245bとを含む。突出部246a、246bは、固定コア243に向かって突出した部材である。本体部245a、245bは、シリンダ260の内側に接して磁力により移動可能になっている。可動コア245−1、245−2の突出部246a、246bは、溶接などにより可動シャフト241の下端に固定される。図3及び図4は突出部246aと本体部245aとが別体に形成されて組み立てられた可動コア245−1を示し、図2は突出部246bと本体部245bとが一体に形成された可動コア245−2を示す。後述するように、可動コア245−1の場合、突出部246aと本体部245aが共に移動して可動シャフト241を加圧し、その後、突出部246aが本体部245aから所定距離だけ離隔、分離して可動シャフト241をさらに加圧する。

固定コア243は、シリンダ260に固定され、長手方向に貫通する孔を備えた円筒状の部材からなり、後述するように可動シャフト241の移動をガイドする。

固定コア243は収容部244を含んでもよい。収容部244は、突出部246a、246bを収容できる空間であって、突出部246a、246bより大きく形成されてもよく、収容部244が形成される固定コア243の内周面が突出部246a、246bの外周面と接するように形成されてもよい。収容部244の深さは、突出部246a、246bが収容部244の内側に十分に移動して収容されるように、突出部246a、246bの長さ以上であってもよい。

図1を参照すると、可動シャフト241の上側には、コンタクトスプリング281とリターンスプリング283とが配置される。コンタクトスプリング281は、可動接触子250が固定接触子220に接触するように可動シャフト241を付勢し、可動接触子250が固定接触子220に接触すると接点の接触圧力を保持する。コンタクトスプリング281は、可動接触子250と可動シャフト241の第1リブとの間で加圧されて弾性変形する。

リターンスプリング283は、可動接触子250が固定接触子220から離隔するように可動シャフト241を付勢する。リターンスプリング283は、第1バリア217の第2リブ(図示せず)と可動シャフト241に配置された座金との間で加圧されて弾性変形する。

本発明の一実施形態による電磁開閉器200は、ハウジング210を含み、ハウジング210は、第1ハウジング211と第2ハウジング212とから構成されてもよい。

第1ハウジング211は、電磁開閉器200の上部外観を形成し、第1バリア217に結合されてもよく、固定接触子220と可動接触子250が接触する消弧領域と残りの領域とに分けられる。第1ハウジング211は、絶縁のためにセラミック材質で形成されてもよい。第1ハウジング211には、一対の固定接触子220が第1ハウジング211の上面を貫通して気密に結合される。

第2ハウジング212は、電磁開閉器200の下部外観を形成し、第2バリア218に結合されてもよい。第2ハウジング212及び第2バリア218内部のアクチュエータ領域にはシリンダ260が結合され、シリンダ260の周辺にはコイルアセンブリ230が設けられる。

以下、本発明の一実施形態による電磁開閉器の作用について詳細に説明する。

まず、コイルアセンブリ230に電流が供給されていない状態では、可動シャフト241にはリターンスプリング283の付勢力のみが作用する。従って、可動シャフト241は下方に移動した状態を維持し、それにより、可動接触子250が固定接触子220から離隔する。

一方、コイルアセンブリ230に電流が供給されてコイル233が磁化されると、コイル233から発生する磁束は、可動コア245−1、245−2、固定コア243、第2バリア218などにより形成される磁束の移動経路を移動して磁束の閉回路を形成し、可動コア245−1、245−2は移動して可動シャフト241を加圧する。ここで、可動コア245−1、245−2は、突出部246a、246bと本体部245a、245bとを含み、図2〜図4に示すように可動シャフト241を加圧する。

図2は一体の突出部246bと本体部245bとを含む可動コア245−2が可動シャフト241を加圧する例を示す。ここで、可動シャフト241への加圧が開始されることにより、コンタクトスプリング281の圧縮が開始される。

図3は別体の突出部246aと本体部245aとを含む可動コア245−1が可動シャフト241を加圧し始めた状態を示す。ここで、可動シャフト241への加圧が開始されることにより、コンタクトスプリング281の圧縮が開始される。

図4は別体の突出部246aと本体部245aとを含む可動コア245−1が可動シャフト241を加圧して上方に移動した状態を示す。より具体的には、本体部245aが固定コア243に最大限近接した位置まで移動して可動シャフト241を加圧している状態を示す。ここで、コンタクトスプリング281は、図3の状態よりさらに圧縮されている。

図5は可動接触子250、第1バリア217、可動シャフト241、第2バリア218、固定コア243、可動コア245−1などの分解斜視図である。図示のように組立、分解が可能である。

突出部246aは、本体部245aから所定距離だけ離隔、分離して可動シャフト241をさらに加圧することができる。これにより、コンタクトスプリング281が最大に圧縮され、固定接触子220と可動接触子250との通電性能が向上する。ここで、突出部246aと本体部245aとはスプリングで結合されてもよい。また、電磁開閉器200は、突出部246aが本体部245aから離隔、分離して可動シャフト241をさらに加圧する動作を制御する制御部などをさらに含んでもよい。

コイルアセンブリ230の励磁コイル233に供給されていた電流が遮断されると、可動コア245−1、245−2はリターンスプリング283により固定コア243から離隔した元の位置に復帰する。すると、可動シャフト241の上端部に設けられた可動接触子250が固定接触子220から分離したオフ状態となる。

前述した実施形態は本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするためのものであり、本発明の権利がこれに限定されるものではない。本発明の権利は添付の特許請求の範囲により定められるべきである。

200 電磁開閉器 210 ハウジング 220 固定接触子 230 コイルアセンブリ 241 可動シャフト 243 固定コア 244 収容部 245−1、245−2 可動コア 245a、245b 本体部 246a、246b 突出部 250 可動接触子 260 シリンダ 281 コンタクトスプリング 283 リターンスプリング